The effect of cyclodextrins on the ethanol tolerance of microorganisms suggests potential application
- 作者
- Quanfeng Liang, Qian Wang, Cuijuan Gao, Zhankun Wang, Qingsheng Qi
- 杂志
- Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology（2011）
- DOI
- 10.1007/s10295-011-0958-z
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
微生物发酵生产乙醇过程中乙醇毒性抑制细胞生长，同时环糊精（CDs）的生产与乙醇共发酵的可行性未知。
研究策略
通过在培养基中添加β-环糊精（β-CD）考察其对酿酒酵母和大肠杆菌乙醇耐受性的影响，并利用表面展示CGTase的工程酵母实现淀粉同步生产环糊精和乙醇。
研究路线图
核心内容
本研究考察了环糊精对微生物乙醇耐受性的影响，并探索了淀粉同步生产环糊精和乙醇的可行性。在含10%（v/v）乙醇的培养基中添加1 g/L β-环糊精，使酿酒酵母EBY-100在84小时时的活菌数比无环糊精培养高出约1000倍，96小时后对照组酵母几乎全部死亡，而添加组仍有大量活细胞；在大肠杆菌DH5α中，6%（v/v）乙醇条件下添加β-环糊精使48小时活菌数提高10倍，且β-环糊精在培养期间未被降解。进一步利用表面展示环糊精葡萄糖基转移酶的工程酵母以4%预处理淀粉为碳源，可同时产生13 g/L环糊精和1.8 g/L乙醇，与野生型菌株在淀粉或葡萄糖中的乙醇产量（1.9 g/L和1.8 g/L）相当。结果表明环糊精通过与乙醇形成包合物减轻乙醇毒性、增强微生物耐受性，表面工程酵母可从淀粉直接联产环糊精和乙醇，为降低乙醇发酵抑制和拓展环糊精应用提供了新思路。
创新点
首次报道β-CD可增强微生物乙醇耐受性；利用表面固定化CGTase的酵母实现淀粉同步生产CDs和乙醇。
研究对象（4）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Saccharomyces cerevisiae EBY-100 | 乙醇耐受性 | — | — | 调控 | 野生型酵母，用于乙醇耐受性实验 |
| Escherichia coli DH5α | 乙醇耐受性 | — | — | 调控 | 革兰氏阴性菌，用于乙醇耐受性实验 |
| Saccharomyces cerevisiae (pYD/cgt) | 环糊精与乙醇合成 | cgt | 环糊精葡萄糖基转移酶（CGTase, EC 2.4.1.19） | 催化 | 表面展示CGTase的工程酵母，可利用淀粉产生CDs和乙醇 |
| Saccharomyces cerevisiae EBY-100 | 环糊精与乙醇合成 | — | 环糊精葡萄糖基转移酶（CGTase） | 催化 | 野生型菌株作为对照，用于淀粉发酵生产乙醇 |
关键发现
- 在10%（v/v）乙醇存在下，添加1g/L β-CD使酿酒酵母EBY-100在84小时时活菌数比无CD培养高约1000倍
- 96小时后无β-CD培养中酵母几乎全部死亡，而有β-CD培养中仍有大量活细胞。在大肠杆菌DH5α中，6%（v/v）乙醇存在下添加β-CD使48小时活菌数比无CD高10倍。β-CD在培养期间未被降解。表面工程酵母以4%预处理淀粉为碳源可产生13g/L CDs，乙醇产量为1.8g/L
- 野生型EBY-100在淀粉和葡萄糖中分别产生1.9g/L和1.8g/L乙醇。
研究结论
CDs可通过与乙醇形成包合物降低乙醇对微生物的毒性，提高乙醇耐受性；表面工程酵母可从淀粉同步生产CDs和乙醇，具有潜在应用价值。